JP4124517B2 - Internal combustion engine with a supercharger - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃焼室内に吸入される空気を過給する過給機を有する過給機付き内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
ターボチャージャを備えたエンジンにあっては、エンジンからの排気ガスにより回転するタービンによってコンプレッサを駆動し、燃焼室内に供給される吸入空気をコンプレッサにより過給するようにしている。一方、エンジンへの燃料の供給方式としては、目標とする空燃比を実現するのに必要とされるガソリン量を求めることにより、イジェクタからガソリンを供給するようにしたものがあり、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内インジェクタと、吸気通路内に燃料を噴射する筒外インジェクタの一方あるいは双方を有するものがある。
【0003】
燃焼室内に燃料を噴射する筒内インジェクタと過給機とを有する筒内直接噴射式内燃機関としては、たとえば、特開昭62-237057 号公報に開示されているものがある。
【0004】
過給機を有する内燃機関においては、過給圧が所定値以上に上昇しないようにするために、吸気通路内の過給圧を圧力センサにより検出し、過給圧が所定値以上となった場合には過給圧ソレノイドを作動して、タービンを迂回するバイパス通路をウエストゲートバルブにより開いて過給圧が所定値を超えないようにしている。
【0005】
過給圧を検出する圧力センサが故障すると、エンジンを適正に作動させることができなくなるので、フェイルセイフの機能を持たせた過給圧制御方法が、たとえば、特開平7-208230号公報に開示されている。
【0006】
この場合には筒外インジェクタから吸気通路内に燃料を噴射させるようにしており、過給圧が所定値以内であれば、過給圧に対応した燃料を筒外インジェクタから吸気通路内に噴射するようにし、過給圧が異常圧力値を超えていてもエンジンの回転数が所定値以下であるときには、エンジン回転数に対応させた量の燃料を噴射するようにし、さらに、過給圧が異常圧力値を超えしかもエンジン回転数が所定値を超えたときには、燃料の供給を停止したり減少したり、あるいはエンジン回転数を所定値以下に設定するようにしている。
【0007】
このように圧力センサが故障したときに所定量の燃料を筒外インジェクタから吸気通路内に噴射するようにする場合には、筒外インジェクタを作動させるためのソレノイドに対して印加されるパルス幅を制限することによって、フェイルセーフ機能を持たせることができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、筒内インジェクタを有するエンジンにあっては、運転状況に応じて成層燃焼と均一燃焼のいずれかの燃焼形態に切り換えるようにしており、燃焼形態によって吸入空気量も大きく相違している。
【0009】
したがって、過給圧を検出する圧力センサや過給圧を調整する過給圧ソレノイドに故障が発生したときに、インジェクタを作動させるためのソレノイドに対するパルス幅のみを制御してフェイルセイフを行うようにすると、フェイルセイフ時には燃焼を安定させることができなくなる。なぜならば、成層燃焼時に吸入空気量に対応させて噴射量を変化させると、失火するおそれがあるからである。
【0010】
本発明の目的は、過給機を有する内燃機関において、過給圧を調整する過給圧ソレノイドと吸気通路内の圧力を検出する圧力センサのいずれかが故障した場合にも燃焼を安定させ得るようにすることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の過給機付き内燃機関は、燃焼室内に吸入される空気を過給する過給機を有する過給機付き内燃機関であって、前記燃焼室に連通する吸気通路内の過給圧を調整する過給圧ソレノイドと、前記過給圧ソレノイドの故障を判定する過給圧ソレノイド故障判定手段と、前記燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内インジェクタと、前記吸気通路内に燃料を噴射する筒外インジェクタと、運転状況に応じて前記燃焼室内での燃焼形態を決定し、スロットルバルブの開度および燃料噴射量を調整するとともに、前記過給圧ソレノイドの故障が発生したときには燃焼形態を均一燃焼に設定する燃焼決定手段とを有することを特徴とする。
【0012】
本発明の過給機付き内燃機関は、燃焼室内に吸入される空気を過給する過給機を有する過給機付き内燃機関であって、前記燃焼室に連通する吸気通路内の吸入空気の絶対圧および大気圧を検出する圧力センサと、前記圧力センサの故障を判定する圧力センサ故障判定手段と、前記燃焼室に燃料を直接噴射する筒内インジェクタと、前記吸気通路内に燃料を噴射する筒外インジェクタと、運転状況に応じて前記燃焼室内での燃焼形態を決定し、スロットルバルブの開度および燃料噴射量を調整するとともに、前記圧力センサの故障が発生したときには燃焼形態を均一燃焼に設定する燃焼決定手段とを有することを特徴とする。
【0013】
本発明の過給機付き内燃機関は、燃焼室内に吸入される空気を過給する過給機を有する過給機付き内燃機関であって、前記燃焼室に連通する吸気通路内の吸入空気の絶対圧および大気圧を検出する圧力センサと、前記吸気通路内の過給圧を調整する過給圧ソレノイドと、前記圧力センサの故障を判定する圧力センサ故障判定手段と、前記過給圧ソレノイドの故障を判定する過給圧ソレノイド故障判定手段と、前記燃焼室に燃料を直接噴射する筒内インジェクタと、前記吸気通路内に燃料を噴射する筒外インジェクタと、運転状況に応じて前記燃焼室内での燃焼形態を決定し、スロットルバルブの開度および燃料噴射量を調整するとともに、前記圧力センサと前記過給圧ソレノイドのいずれかの故障が発生したときには燃焼形態を均一燃焼に設定する燃焼決定手段とを有することを特徴とする。
本発明の過給機付き内燃機関において、前記過給圧ソレノイド故障判定手段は、前記過給圧ソレノイドを作動させる作動信号を検出して、該信号が正常か否かを判定することで、前記過給圧ソレノイドの故障判定を行うことを特徴とする。また、本発明の過給機付き内燃機関において、前記圧力センサ故障判定手段は、前記圧力センサで検出した最新の大気圧検出値と前回の大気圧検出値との差を所定値と比較することで、前記圧力センサの故障診断を行うことを特徴とする。さらに、本発明の過給機付き内燃機関において、前記圧力センサ故障判定手段は、前記圧力センサの出力電圧を所定値と比較することで、前記圧力センサの故障判定を行うことを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0015】
図1は過給機を有する内燃機関の概略図であり、シリンダブロック1と、これの上部に設けられたシリンダヘッド2とによりエンジン本体が形成されている。シリンダブロック1とこの下部に設けられたオイルパン3とにより形成されたクランク室4内にはクランク軸5が回転自在に設けられ、シリンダボア内に軸方向に往復動自在に設けられたピストン6は、コンロッド7によりクランク軸5に接続されている。このクランク軸5の回転角度を検出するために、クランク角センサ9が設けられており、このクランク角センサ9からの信号によりクランク軸5の回転数、つまりエンジン回転数を検出することができる。なお、シリンダブロック1には、4つあるいは6つなどの所定の数のピストン6が設けられているが、図1には1つのみが示されている。
【0016】
エンジン本体内の燃焼室8に燃焼に必要な空気を供給するための吸気ポート10と、燃焼したガスを排出するための排気ポート11とがそれぞれシリンダヘッド2に形成されており、吸気ポート10は吸気バルブ12により開閉され、排気ポート11は排気バルブ13により開閉されるようになっている。
【0017】
エンジン本体には吸気系15と排気系16と燃料供給系17が設けられ、吸気系15は導入空気を浄化するエアクリーナ18を通って流入した空気を冷却するインタークーラ19が設けられた吸気管20と、吸気ポート10に分岐して接続される吸気管分岐部21を備えたインテークマニホールド22とを有している。このインテークマニホールド22は吸気管分岐部21を介してそれぞれの吸気ポート10に連通するコレクトチャンバ23を有している。吸気系15には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ24と、燃焼室8に供給される空気の量を調整するためのスロットルバルブ25aとが設けられており、このスロットルバルブ25aは、電子スロットル制御(ETC)装置25により駆動されるようになっている。
【0018】
排気系16は排気ポート11に接続される排気管が集合されたエグゾーストマニホールド26と、触媒27およびマフラー28を備えた排気管29とを有している。
【0019】
図示するエンジンは過給機つまりターボチャージャ31を備えており、ターボチャージャ31は排気ガスにより回転するタービン32と、このタービン32により駆動されて吸入空気を加圧するコンプレッサ33とを有している。排気管29のタービン入口には、過給圧を調整するためにタービン32を迂回するようにバイパス通路34が設けられ、このバイパス通路34はウエストゲートバルブ35によって開閉されるようになっている。このウエストゲートバルブ35は、アクチュエータ36により駆動されるようになっており、このアクチュエータ36は過給圧ソレノイド37によって作動し、これにより、ターボチャージャ31による過給圧が調整されることになる。
【0020】
吸気通路内の吸入空気の絶対圧および大気圧とを切り換えて検出するために、吸気通路に連通する導通管40には圧力センサ38が設けられ、切換えソレノイド39により作動する切換弁39aにより、圧力センサ38は吸気通路に連通する状態と大気に連通する状態とに切り換えて設定される。圧力センサ38は、これが大気圧に連通する状態では大気圧を検出する。一方、圧力センサ38は、これが吸気通路に連通した状態では吸入空気の圧力を検出し、ターボチャージャ31により吸入空気が過給された状態では、圧力センサ38は過給圧を検出することになる。
【0021】
シリンダヘッド2には、燃焼室8内に燃料を噴射し高圧インジェクタとも言われる筒内インジェクタ41が取り付けられており、インテークマニホールド22には吸気バルブ12の直前の吸気管通路内に燃料を噴射し低圧インジェクタとも言われる筒外インジェクタ42が取り付けられている。
【0022】
筒外インジェクタ42に燃料を供給するために、低圧ポンプ43とフィルタ44を有する低圧燃料供給管45が筒外インジェクタ42と燃料タンク46との間に接続され、筒外インジェクタ42から噴射される燃圧つまり燃料の圧力は低圧レギュレータ47により調整されるようになっている。
【0023】
筒内インジェクタ41に燃料を供給するために、筒内インジェクタ41に接続されたコモンレール48と低圧燃料供給管45との間に接続された高圧燃料供給管51には、高圧燃料ポンプ52が設けられており、筒内インジェクタ41からは高圧燃料ポンプ52により加圧された燃圧で燃料が噴射される。なお、高圧燃料供給管51には、逆止弁53とバイパス弁54が設けられている。
【0024】
図1に示すエンジンには、排気ガスの一部を吸気系に戻すようにしたEGR装置(図示省略)が設けられ、燃焼ガスの最高温度を低下してNOx の発生を抑えるようにしており、運転状況に応じてEGRバルブをオンオフすることによって、排気ガスの一部を吸気系に供給したり、それを停止することができる。また、触媒27はNOx 吸蔵触媒を有しており、触媒27のNOx 吸蔵量が基準値を超えた場合には、リッチスパイクを行うことにより触媒27のNOx 浄化を行うことができる。
【0025】
図示するエンジンにおいては、筒内インジェクタ41からの燃料噴射量と噴射時期および吸入空気量を調整することによって燃焼形態を変化させることができる。
【0026】
その燃焼形態としては、燃焼室内の混合気に燃料の濃い濃混合気の部分と燃料の薄い薄混合気の部分とを形成させて濃混合気に着火させるようにした成層燃焼と、混合気を全体的に均一の濃度とした均一燃焼とに分類することができる。均一燃焼としては、理論空燃比あるいはそれに近い空燃比で燃焼させるストイキオ燃焼と、理論空燃比よりも燃料を薄くした均一リーン燃焼と、理論空燃比よりも燃料を濃くした均一リッチ燃焼とがあり、ストイキオ燃焼の場合にはEGRを作動させる場合と停止させる場合とがある。成層燃焼させる場合には、燃焼室内の混合気は全体的に理論空燃比よりも薄く設定され、成層リーン燃焼となる。
【0027】
したがって、燃焼形態としては、以下に示す5つの燃焼形態がある。すなわち、EGRを不作動とした均一ストイキオ燃焼(燃焼形態A)、EGRを作動させた均一ストイキオ燃焼(燃焼形態B)、均一リーン燃焼(燃焼形態C)、成層リーン燃焼(燃焼形態D)と、均一リッチ燃焼(燃焼形態E)とがある。
【0028】
図示するエンジンはターボチャージャ31が設けられており、過給圧が高くなって燃焼室内に多量の空気が供給されるようになっているので、吸入される空気の量が増加することによって、筒内インジェクタ41からの燃料噴射量が吸入空気量に対応しなくなった場合には、不足分の燃料が筒外インジェクタ42から供給されるようになっている。
【0029】
燃焼形態A〜Dはエンジン回転数と目標トルクに応じていずれかに選択されることになり、エンジンの始動時、全開時そしてリッチスパイクを行う場合には燃焼形態Eが設定される。また、エンジン冷却液の温度が所定値以下の場合にも燃焼形態Eに設定される。
【0030】
成層燃焼と均一燃焼のいずれにあっても、目標トルクとエンジン回転数から設定される目標空燃比となるようにETC装置によって吸入空気量が調整されるとともに、それぞれのインジェクタ41,42からの燃料噴射量が調整される。成層燃焼から均一燃焼に切り換えられるときには、燃料噴射量を増加し吸入空気量を減少するように制御し、噴射時期は成層限界空燃比までは圧縮工程噴射とし、これ以降は吸気工程噴射となる。また、均一燃焼から成層燃焼に切り換えられるときには、燃料噴射量を減少し吸入空気量を増加するように制御し、噴射時期は均一限界空燃比までは吸気工程噴射とし、これ以降は圧縮工程噴射となる。
【0031】
図2はエンジンの運転状況に応じて前述した燃焼形態A〜Eのうちいずれかの燃焼形態を設定するとともに、過給圧ソレノイド37が故障したか否かと、圧力センサ38が故障したか否かを検出して、いずれかが故障した場合には、燃焼形態を燃焼形態Aの均一燃焼に設定するように、ETC装置25、筒内と筒外の両インジェクタ41,42を制御する制御回路を示すブロック図である。
【0032】
制御手段としての電子制御装置(ECU)61はCPU62、ROM63、RAM64を有しており、これらはバス線を介して接続されている。
【0033】
CPU62にはクランク角センサ9が接続されており、このセンサ9からの信号に基づいて信号間隔を演算することによりエンジン回転数が検出される。また、CPU62にはエンジン冷却液の温度を検出する水温センサ65と、アクセルペダル66の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ67とが接続されており、さらには、リッチスパイクを行うリッチスパイク指令信号68がCPU62に送られるようになっている。このリッチスパイク指令信号68は触媒27におけるNOxの吸蔵量を検出するセンサを設けた場合には、そのセンサから送られることになり、特定の燃焼形態が所定時間経過したことをCPU62により演算して、リッチスパイクを行うようにしても良い。
【0034】
CPU62からはETC装置25と、EGRバルブ71と、インジェクタ41,42にそれぞれ作動信号が送られるようになっている。ROM63にはエンジン回転数とアクセル開度とに基づいた目標トルクのマップデータが格納されており、エンジン回転数とアクセル開度とにより目標トルクを演算し、リッチスパイクの要求があるか否かと、エンジン冷却液の温度とに基づいて、ETC装置25、EGRバルブ71および両方のインジェクタ41,42に作動信号を送って燃焼形態を前述したA〜Eの形態のうちいずれかに設定する燃焼形態設定部62aをCPU62は有している。ROM63にはエンジン回転数とアクセル開度とに基づいた目標過給圧のマップデータが格納されており、運転状況に応じて読み出されたマップデータの目標過給圧となるように、CPU62からは過給圧ソレノイド37に作動信号が送られる。
【0035】
CPU62に対する入力信号および出力信号は、図示しない入力インターフェースおよび出力インターフェースを介して接続されている。
【0036】
過給圧ソレノイド37の作動状況を検出するソレノイド作動検出信号72と、バッテリ電圧を検出するバッテリ電圧信号73とがそれぞれCPU62に送られるようになっており、これらの信号によって過給圧ソレノイド37が正常であるか故障しているかを判定する過給圧ソレノイド故障判定部62bをCPU62は有している。これらの信号によって過給圧ソレノイド37が故障していると判定されたときには、運転状況にかかわらず、燃焼形態Aつまり均一燃焼に設定されるようになっている。
【0037】
エンジンがアイドリング状態となっているか否かを検出するアイドリングスイッチ74と、圧力センサ38とからの信号がCPU62に入力されるようになっており、これらの入力信号と、クランク角センサ9により検出されたエンジン回転数とに基づいて、圧力センサ38が正常であるか故障しているかを判定する圧力センサ故障判定部62cをCPU62は有している。
【0038】
図3は過給圧ソレノイド37に作動信号を送る過給圧ソレノイド制御部75の一例を示す回路図であり、過給圧ソレノイド37をオンオフさせるトランジスタ76のベース端子にはCPU62からオンオフ信号が送られるようになっている。過給圧ソレノイド37に接続されたコレクタ端子はCPU62にも接続され、CPU62にはソレノイド作動検出信号72が送られるようになっている。
【0039】
したがって、トランジスタ76に対して所定パルス幅のオン信号がCPU62から出力されているときに、それに対応してソレノイド作動検出信号72が出力されているか否かを検出することによって、過給圧ソレノイド37が故障しているか否かを判定することができる。なお、符号77はバッテリを示す。
【0040】
図4は圧力センサ38の圧力特性を示す線図であり、圧力センサ38は圧力に応じた電圧を出力する。この圧力センサ38は、図1に示すように、切換バルブ39aによって吸気通路に連通する状態と、大気に連通する状態とに切り換えられるようになっている。このように、圧力センサ38によって大気圧を検出することにより圧力センサ38が正常であるか故障しているかが判定される。
【0041】
図5は運転状況に応じて燃焼形態を前述したいずれかの形態に設定するための燃焼形態設定の手順を示すメインフローチャートであり、ステップS1でエンジン回転数などの運転状況を示す信号を取り込み、ステップS2で過給圧ソレノイド37が正常であるか故障しているかを判定し、ステップS3では圧力センサ38が正常であるか故障しているか否かを判定し、これらの判定結果と運転状況の検出結果とに基づいて、ステップS4では燃焼形態A〜Eのいずれかが設定される。
【0042】
図6は図5に示したステップS2の過給圧ソレノイドの故障判定のサブルーチンを示すフローチャートであり、ステップS10ではバッテリ77の電圧が所定電圧値以上となっているか否かが判断される。所定電圧値としては、たとえば11V程度に設定されている。バッテリ電圧を判断するのは、以降に述べる判定においてバッテリ電圧が降下していると、正確な故障の判定ないし診断を行うことができないからであり、バッテリ電圧が所定電圧値以下であれば故障判定を行わない。
【0043】
ステップS11ではCPU62から過給圧ソレノイド37にこれを作動させる信号が送られたか否かが判断され、ステップS12ではソレノイド作動検出信号72を検出して過給圧ソレノイド37が正常であるか否かが判断される。正常であると判断されれば、ステップS13で過給圧ソレノイド故障フラグをクリアし、故障であると判断されれば、ステップS14で過給圧ソレノイド故障フラグをセットする。
【0044】
過給圧ソレノイド制御部が図3に示す構造となっている場合には、ステップS11ではトランジスタ76のベース端子に信号が出力されたか否かを判断し、ステップS12ではコレクタ端子がLOW レベルであるか、HIGHレベルであるかを判断する。つまり、過給圧ソレノイド37が正常であれば、CPU62からベース端子に信号がオンされるとコレクタ端子はLOW レベルとなり、故障していれば、ベース端子に信号がオンされてもコレクタ端子はHIGHレベルとなるので、これを検出することにより、過給圧ソレノイド37が正常であるか故障であるかを判定することができる。
【0045】
そして、過給圧ソレノイド37にパルスが供給されてないときには、ステップS11でトランジスタ76のベースに信号が出力されていないと判断されることになり、このときには、ステップS15ではステップS12と同様に、コレクタ端子がLOW レベルであるか、HIGHレベルであるかを判断する。つまり、過給圧ソレノイド37が正常であれば、CPU62からベース端子に信号がオフされているときにはコレクタ端子はHIGHレベルとなり、故障していれば、ベース端子に信号がオフとなっていてもコレクタ端子はLOW レベルとなるので、これを検出することによって、過給圧ソレノイド37が正常であるか故障であるかを判定することができる。
【0046】
図7はステップS3の圧力センサの故障判定のサブルーチンを示すフローチャートである。圧力センサ38は切換えソレノイド39を作動させることによって所定の時間毎に大気圧を検出しており、大気圧は急激に大きく変動しないので、所定時間経過の前後で圧力センサ38が設定圧力値以上の差を検出した場合には、圧力センサ38が故障であると判定することができる。その設定圧力値は、200mmHg程度に設定されている。
【0047】
そこで、ステップS20では最新の大気圧検出値 ALTn と前回の大気圧検出値 ALTn-1 との差が設定圧力値よりも大きいか否かを判断する。圧力差が設定圧力値(200mmHg)以下であれば、ステップS21に進んで、切換えソレノイド39がオンとなっているかオフとなっているかを判断する。切換えソレノイド39がオンとなると、圧力センサ38は大気圧を検出することになり、オフとなると、吸気通路内の吸入空気の絶対圧を検出することになる。
【0048】
圧力センサ38により検出し得る吸入空気の圧力は、図4に示すように、通常では、100〜1900mmHg程度の絶対圧となっていれば十分であり、それに対応したセンサ電圧は1〜4.5Vとなっている。したがって、この範囲を超えた電圧が圧力センサから出力された場合には圧力センサ38が故障していると判断することができる。そこで、ステップS22では所定の最小電圧値、たとえば、0.2V以下となっているか否かを判断し、ステップS23では所定の最大電圧値、たとえば、4.9V以上となっているか否かを判断する。これらのステップS23でセンサ出力電圧が所定の範囲内であると判断されれば、ステップS24が実行される。
【0049】
このステップS24では、アイドリングスイッチ74がオンとなっているか否かを判断し、このスイッチ74がオンとなっているときには、ステップS25ではエンジン回転数が最小のアイドリング回転数、たとえば、500rpm 以上となっているか否かを判断する。エンジンがこの回転数以上となっている場合には、ステップS26において、圧力センサ38の出力電圧がアイドリング判定電圧であるか否かを判断する。たとえば、エンジンの回転数が500rpm 程度であれば、吸入空気の負圧は−500mmHg程度となるのが通常であり、大気圧が760mmHgであるときには、絶対圧は260mmHg程度になり、そのときの圧力センサ38の出力電圧は、2.1V以下となる。そこで、ステップS26では、アイドリング判定電圧を2.5Vと設定し、エンジンがアイドリング回転しているときのセンサ出力電圧が、2.5V以下であれば、圧力センサ38は正常であると判断する。
【0050】
このステップS26で圧力センサ38が正常であると判断された場合には、圧力センサ38の出力特性も正常であり、しかも、切換ソレノイド39の作動も正常であるので、ステップS27では圧力センサ故障フラグをクリアする。ステップS24でアイドリングスイッチ74がオンしていないと判断されたとき、つまりエンジンがアイドリング回転となっていないとき、およびステップS25でアイドリングの回転数が、最小のアイドリング回転数以下となっていると判断されたときには、圧力センサ38の故障判定を行わない。
【0051】
ステップS22,23で圧力センサ38の出力電圧が所定の範囲外となっていると判断されたとき、およびステップS26でアイドリング時の圧力センサの出力電圧がアイドリング判定電圧である2.5Vよりも高いときには、ステップS28が実行されて、圧力センサ故障フラグがセットされる。
【0052】
同様に、ステップS20において、前回と最新の大気圧検出値の圧力差が設定圧力値以上となっていれば、圧力センサ38の故障であるとして、ステップS28が実行される。
【0053】
ステップS21で切換ソレノイドが大気圧であると判断された場合には、ステップS22と同様に、ステップS29において、圧力センサの出力電圧が所定の最小電圧値、たとえば、0.2V以下となっているか否かを判断し、この最小電圧値よりも小さい電圧が出力されたときには、圧力センサ38が故障であると判断してステップS28に進み、最小電圧値よりも大きい場合には、ステップS30に進む。
【0054】
このステップS30ではセンサ出力電圧が大気圧上限電圧値よりも大きいか否かを判断する。大気圧上限電圧値としては、通常の大気圧値である760mmHgに対応した2.1Vの電圧よりも高い電圧値、つまり、大気圧以上の所定の圧力値に対応した電圧値が設定されており、それよりも低い電圧値であれば、圧力センサは正常であるとして、ステップS27が実行され、それよりも高い電圧が出力されれば、圧力センサ38は故障であると判断して、ステップS28が実行される。
【0055】
図8は図5に示したステップS4の燃焼形態の設定のサブルーチンを示すフローチャートであり、ステップS31では過給圧ソレノイド故障フラグがセットされているか否かを判断し、ステップS32ではセンサ故障フラグがセットされているか否かを判断する。過給圧ソレノイド37、圧力センサ38および切換えソレノイド39のいずれも正常であれば、これらのステップでいずれもフラグのクリアが判断されて、ステップS33において燃焼形態切換えモードが実行されて、前述した5つの燃焼形態のいずれかが、運転状況に応じて設定される。
【0056】
一方、ステップS31,32で過給圧ソレノイド37、圧力センサ38および切換えソレノイド39の少なくともいずれかに故障が発生したと判断されたならば、ステップS34において故障時の燃焼形態が設定されて、EGRを作動させない状態での均一ストイキオ燃焼(燃焼形態A)が設定される。この故障時の燃焼形態としては、成層燃焼でなければ、均一リッチに設定するようにしても良い。
【0057】
このように、過給圧ソレノイド37、圧力センサ38および切替えソレノイド39の少なくともいずれかが故障した場合には、均一燃焼に対応させて吸入空気量および燃料供給量を調整することにより、これらの故障時にも安定的に燃焼を行うことができる。なお、図6および図7の1ルーチンは50msで実行され、図8の1ルーチンは10msで実行されるようになっている。
【0058】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、過給機としては、図示する場合にはターボチャージャ31を用いているが、スーパーチャージャを用いるようにしても良い。
【0059】
【発明の効果】
本発明にあっては、過給圧を調整する過給圧ソレノイドと、吸気通路内の圧力を検出する圧力センサのいずれかの故障が発生した場合には、燃焼形態が均一燃焼に制御されるので、これらの故障が発生した場合でも燃焼を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である過給機付き内燃機関を示す概略図である。
【図2】エンジンの燃焼形態を制御する制御回路を示すブロック図である。
【図3】過給圧ソレノイド制御部を示す回路図である。
【図4】圧力センサの圧力特性を示す線図である。
【図5】エンジンの制御手順を示すメインフローチャートである。
【図6】過給圧ソレノイドの故障判定のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図7】圧力センサの故障判定のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図8】燃焼形態設定のサブルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
25 電子スロットル制御装置(ETC装置)
25a スロットルバルブ
31 ターボチャージャ
35 ウエストゲートバルブ
37 過給圧ソレノイド
38 圧力センサ
39 切換えソレノイド
41 筒内インジェクタ
42 筒外インジェクタ
67 アクセル開度センサ
62a 燃焼形態設定部
62b 過給圧ソレノイド故障判定部
62c 圧力センサ故障判定部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a supercharged internal combustion engine having a supercharger for supercharging air sucked into a combustion chamber.
[0002]
[Prior art]
In an engine equipped with a turbocharger, a compressor is driven by a turbine that is rotated by exhaust gas from the engine, and intake air supplied into the combustion chamber is supercharged by the compressor. On the other hand, as a method for supplying fuel to the engine, there is a method in which gasoline is supplied from an ejector by obtaining the amount of gasoline required to achieve a target air-fuel ratio, and directly into the combustion chamber. Some have one or both of an in-cylinder injector that injects fuel and an in-cylinder injector that injects fuel into the intake passage.
[0003]
As an in-cylinder direct injection internal combustion engine having an in-cylinder injector for injecting fuel into a combustion chamber and a supercharger, there is one disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 62-237057.
[0004]
In an internal combustion engine having a supercharger, the supercharging pressure in the intake passage is detected by a pressure sensor so that the supercharging pressure does not rise above a predetermined value, and the supercharging pressure becomes a predetermined value or more. In this case, the supercharging pressure solenoid is operated, and a bypass passage that bypasses the turbine is opened by a waste gate valve so that the supercharging pressure does not exceed a predetermined value.
[0005]
If the pressure sensor for detecting the supercharging pressure fails, the engine cannot be operated properly. Therefore, a supercharging pressure control method having a fail-safe function is disclosed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 7-208230 Has been.
[0006]
In this case, fuel is injected from the in-cylinder injector into the intake passage. If the supercharging pressure is within a predetermined value, fuel corresponding to the supercharging pressure is injected from the out-of-cylinder injector into the intake passage. Even if the supercharging pressure exceeds the abnormal pressure value, if the engine speed is below a predetermined value, an amount of fuel corresponding to the engine speed is injected, and the supercharging pressure is abnormal. When the pressure value is exceeded and the engine speed exceeds a predetermined value, the fuel supply is stopped or decreased, or the engine speed is set to a predetermined value or less.
[0007]
In this way, when a predetermined amount of fuel is injected from the in-cylinder injector into the intake passage when the pressure sensor fails, the pulse width applied to the solenoid for operating the in-cylinder injector is set. By limiting, a fail-safe function can be provided.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in an engine having an in-cylinder injector, the combustion mode is switched to either stratified combustion or uniform combustion according to the operating state, and the intake air amount is greatly different depending on the combustion mode.
[0009]
Therefore, when a failure occurs in the pressure sensor that detects the supercharging pressure or the supercharging pressure solenoid that adjusts the supercharging pressure, only the pulse width for the solenoid for operating the injector is controlled to perform fail-safe. Then, at the time of fail-safe, combustion cannot be stabilized. This is because if the injection amount is changed corresponding to the intake air amount during stratified combustion, there is a risk of misfire.
[0010]
An object of the present invention is to stabilize combustion in an internal combustion engine having a supercharger even when either a supercharging pressure solenoid that adjusts supercharging pressure or a pressure sensor that detects pressure in an intake passage fails. There is in doing so.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
An internal combustion engine with a supercharger according to the present invention is an internal combustion engine with a supercharger having a supercharger that supercharges air sucked into a combustion chamber, wherein the supercharging pressure in an intake passage communicating with the combustion chamber A supercharging pressure solenoid for adjusting the supercharging pressure, a supercharging pressure solenoid failure determining means for determining failure of the supercharging pressure solenoid, and fuel in the combustion chamberDirectlyAn in-cylinder injector for injection;An in-cylinder injector for injecting fuel into the intake passage;Combustion that determines the combustion mode in the combustion chamber according to the operating conditions, adjusts the opening of the throttle valve and the fuel injection amount, and sets the combustion mode to uniform combustion when the boost pressure solenoid fails And determining means.
[0012]
An internal combustion engine with a supercharger according to the present invention is an internal combustion engine with a supercharger having a supercharger for supercharging air sucked into a combustion chamber, wherein the intake air in an intake passage communicating with the combustion chamber is reduced. Pressure sensor for detecting absolute pressure and atmospheric pressure, and determining failure of the pressure sensorPressure sensorFailure determination means and fuel into the combustion chamberDirectlyAn in-cylinder injector for injection;An in-cylinder injector for injecting fuel into the intake passage;Combustion determining means that determines the combustion mode in the combustion chamber according to the operating condition, adjusts the opening of the throttle valve and the fuel injection amount, and sets the combustion mode to uniform combustion when a failure of the pressure sensor occurs It is characterized by having.
[0013]
An internal combustion engine with a supercharger according to the present invention is an internal combustion engine with a supercharger having a supercharger for supercharging air sucked into a combustion chamber, wherein the intake air in an intake passage communicating with the combustion chamber is reduced. A pressure sensor that detects absolute pressure and atmospheric pressure, a supercharging pressure solenoid that adjusts the supercharging pressure in the intake passage, and a failure of the pressure sensor are determined.Pressure sensorFailure determination means, boost pressure solenoid failure determination means for determining failure of the boost pressure solenoid, and fuel in the combustion chamberDirectlyAn in-cylinder injector for injection;An in-cylinder injector for injecting fuel into the intake passage;The combustion mode in the combustion chamber is determined in accordance with the operating conditions, the throttle valve opening and the fuel injection amount are adjusted, and the combustion mode when any of the pressure sensor and the supercharging pressure solenoid fails And combustion determining means for setting the combustion to uniform combustion.
In the internal combustion engine with a supercharger according to the present invention, the supercharging pressure solenoid failure determination means detects an operation signal for operating the supercharging pressure solenoid, and determines whether the signal is normal. The failure determination of the supercharging pressure solenoid is performed. Further, in the internal combustion engine with a supercharger according to the present invention, the pressure sensor failure determination means compares the difference between the latest atmospheric pressure detection value detected by the pressure sensor and the previous atmospheric pressure detection value with a predetermined value. The fault diagnosis of the pressure sensor is performed. Furthermore, in the internal combustion engine with a supercharger according to the present invention, the pressure sensor failure determination means compares the output voltage of the pressure sensor with a predetermined value to determine the failure of the pressure sensor.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 is a schematic view of an internal combustion engine having a supercharger. An engine body is formed by a
[0016]
An
[0017]
The engine body is provided with an
[0018]
The
[0019]
The illustrated engine includes a supercharger, that is, a
[0020]
In order to switch and detect the absolute pressure and the atmospheric pressure of the intake air in the intake passage, a
[0021]
The
[0022]
In order to supply fuel to the in-
[0023]
In order to supply fuel to the in-
[0024]
The engine shown in FIG. 1 is provided with an EGR device (not shown) that returns a part of the exhaust gas to the intake system, and reduces the maximum temperature of the combustion gas to suppress the generation of NOx. A part of the exhaust gas can be supplied to the intake system or stopped by turning on and off the EGR valve according to the operating condition. Further, the
[0025]
In the illustrated engine, the combustion mode can be changed by adjusting the fuel injection amount from the in-
[0026]
As the combustion mode, stratified combustion in which a rich mixture of fuel and a thin mixture of thin fuel are formed in the mixture in the combustion chamber so that the rich mixture is ignited; It can be classified into uniform combustion with a uniform concentration as a whole. Uniform combustion includes stoichiometric combustion in which combustion is performed at or near the stoichiometric air-fuel ratio, uniform lean combustion in which the fuel is thinner than the stoichiometric air-fuel ratio, and uniform rich combustion in which the fuel is thicker than the stoichiometric air-fuel ratio. In the case of stoichiometric combustion, there are cases where the EGR is operated and stopped. In the case of stratified combustion, the air-fuel mixture in the combustion chamber is set to be thinner than the stoichiometric air-fuel ratio as a whole, resulting in stratified lean combustion.
[0027]
Accordingly, there are five combustion modes as shown below. That is, uniform stoichiometric combustion (combustion form A) with EGR deactivated, uniform stoichiometric combustion (combustion form B) with EGR activated, uniform lean combustion (combustion form C), stratified lean combustion (combustion form D), There is uniform rich combustion (combustion form E).
[0028]
The illustrated engine is provided with a
[0029]
Combustion modes A to D are selected according to the engine speed and target torque, and combustion mode E is set when the engine is started, fully opened, and when rich spike is performed. The combustion mode E is also set when the temperature of the engine coolant is equal to or lower than a predetermined value.
[0030]
In both stratified combustion and uniform combustion, the intake air amount is adjusted by the ETC device so that the target air-fuel ratio is set based on the target torque and the engine speed, and the fuel from the
[0031]
FIG. 2 sets one of the combustion modes A to E described above according to the operating state of the engine, and whether or not the
[0032]
An electronic control unit (ECU) 61 as a control means has a
[0033]
A
[0034]
From the
[0035]
An input signal and an output signal for the
[0036]
A solenoid
[0037]
Signals from an idling
[0038]
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a supercharging pressure
[0039]
Therefore, when an ON signal having a predetermined pulse width is output from the
[0040]
FIG. 4 is a diagram showing the pressure characteristics of the
[0041]
FIG. 5 is a main flowchart showing a combustion mode setting procedure for setting the combustion mode to any one of the modes described above in accordance with the operating status. In step S1, a signal indicating the operating status such as the engine speed is fetched. In step S2, it is determined whether the supercharging
[0042]
FIG. 6 is a flowchart showing a subroutine for determining the failure of the supercharging pressure solenoid in step S2 shown in FIG. 5. In step S10, it is determined whether or not the voltage of the battery 77 is equal to or higher than a predetermined voltage value. The predetermined voltage value is set to about 11V, for example. The battery voltage is judged because it is not possible to accurately determine or diagnose a failure if the battery voltage is lowered in the determination described below. If the battery voltage is equal to or lower than a predetermined voltage value, the failure determination is made. Do not do.
[0043]
In step S11, it is determined whether or not a signal for operating the
[0044]
When the supercharging pressure solenoid control unit has the structure shown in FIG. 3, it is determined in step S11 whether or not a signal is output to the base terminal of the
[0045]
When no pulse is supplied to the supercharging
[0046]
FIG. 7 is a flowchart showing a subroutine for determining the failure of the pressure sensor in step S3. The
[0047]
Therefore, in step S20, the latest atmospheric pressure detection value ALTnAnd the previous atmospheric pressure detection value ALTn-1It is determined whether or not the difference is greater than the set pressure value. If the pressure difference is equal to or less than the set pressure value (200 mmHg), the process proceeds to step S21 to determine whether the switching
[0048]
As shown in FIG. 4, the pressure of the intake air that can be detected by the
[0049]
In step S24, it is determined whether or not the idling
[0050]
If it is determined in step S26 that the
[0051]
When it is determined in steps S22 and 23 that the output voltage of the
[0052]
Similarly, in step S20, if the pressure difference between the previous atmospheric pressure detection value and the latest atmospheric pressure detection value is greater than or equal to the set pressure value, step S28 is executed assuming that the
[0053]
If it is determined in step S21 that the switching solenoid is at atmospheric pressure, in step S29, whether the output voltage of the pressure sensor is a predetermined minimum voltage value, for example, 0.2 V or less, as in step S22. If a voltage smaller than the minimum voltage value is output, it is determined that the
[0054]
In step S30, it is determined whether or not the sensor output voltage is larger than the atmospheric pressure upper limit voltage value. As the atmospheric pressure upper limit voltage value, a voltage value higher than the voltage of 2.1 V corresponding to the normal atmospheric pressure value of 760 mmHg, that is, a voltage value corresponding to a predetermined pressure value equal to or higher than atmospheric pressure is set. If the voltage value is lower than that, step S27 is executed assuming that the pressure sensor is normal, and if a voltage higher than that is output, it is determined that the
[0055]
FIG. 8 is a flowchart showing a subroutine for setting the combustion mode in step S4 shown in FIG. 5. In step S31, it is determined whether or not the boost pressure solenoid failure flag is set. In step S32, the sensor failure flag is set. It is determined whether it is set. If all of the supercharging
[0056]
On the other hand, if it is determined in step S31, 32 that at least one of the supercharging
[0057]
As described above, when at least one of the supercharging
[0058]
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, as the supercharger, the
[0059]
【The invention's effect】
In the present invention, when any one of the supercharging pressure solenoid that adjusts the supercharging pressure and the pressure sensor that detects the pressure in the intake passage occurs, the combustion mode is controlled to be uniform combustion. Therefore, combustion can be stabilized even when these failures occur.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an internal combustion engine with a supercharger according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a control circuit for controlling the combustion mode of the engine.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a supercharging pressure solenoid control unit;
FIG. 4 is a diagram showing pressure characteristics of a pressure sensor.
FIG. 5 is a main flowchart showing an engine control procedure;
FIG. 6 is a flowchart illustrating a subroutine for determining a failure of a supercharging pressure solenoid.
FIG. 7 is a flowchart showing a subroutine for pressure sensor failure determination.
FIG. 8 is a flowchart showing a combustion mode setting subroutine.
[Explanation of symbols]
25 Electronic throttle control device (ETC device)
25a Throttle valve
31 Turbocharger
35 Wastegate valve
37 Supercharging pressure solenoid
38 Pressure sensor
39 Switching solenoid
41 In-cylinder injector
42 In-cylinder injector
67 Accelerator position sensor
62a Combustion form setting section
62b Supercharging pressure solenoid failure determination unit
62c Pressure sensor failure determination unit
Claims (6)
前記燃焼室に連通する吸気通路内の過給圧を調整する過給圧ソレノイドと、
前記過給圧ソレノイドの故障を判定する過給圧ソレノイド故障判定手段と、
前記燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内インジェクタと、
前記吸気通路内に燃料を噴射する筒外インジェクタと、
運転状況に応じて前記燃焼室内での燃焼形態を決定し、スロットルバルブの開度および燃料噴射量を調整するとともに、前記過給圧ソレノイドの故障が発生したときには燃焼形態を均一燃焼に設定する燃焼決定手段とを有することを特徴とする過給機付き内燃機関。An internal combustion engine with a supercharger having a supercharger for supercharging air sucked into a combustion chamber,
A supercharging pressure solenoid for adjusting a supercharging pressure in an intake passage communicating with the combustion chamber;
Supercharging pressure solenoid failure determining means for determining failure of the supercharging pressure solenoid;
An in-cylinder injector that directly injects fuel into the combustion chamber;
An in-cylinder injector for injecting fuel into the intake passage;
Combustion that determines the combustion mode in the combustion chamber according to the operating conditions, adjusts the opening of the throttle valve and the fuel injection amount, and sets the combustion mode to uniform combustion when the boost pressure solenoid fails And an internal combustion engine with a supercharger.
前記燃焼室に連通する吸気通路内の吸入空気の絶対圧および大気圧を検出する圧力センサと、
前記圧力センサの故障を判定する圧力センサ故障判定手段と、
前記燃焼室に燃料を直接噴射する筒内インジェクタと、
前記吸気通路内に燃料を噴射する筒外インジェクタと、
運転状況に応じて前記燃焼室内での燃焼形態を決定し、スロットルバルブの開度および燃料噴射量を調整するとともに、前記圧力センサの故障が発生したときには燃焼形態を均一燃焼に設定する燃焼決定手段とを有することを特徴とする過給機付き内燃機関。An internal combustion engine with a supercharger having a supercharger for supercharging air sucked into a combustion chamber,
A pressure sensor for detecting an absolute pressure and an atmospheric pressure of intake air in an intake passage communicating with the combustion chamber;
Pressure sensor failure determination means for determining failure of the pressure sensor ;
An in-cylinder injector that directly injects fuel into the combustion chamber;
An in-cylinder injector for injecting fuel into the intake passage;
Combustion determining means that determines the combustion mode in the combustion chamber according to the operating condition, adjusts the opening of the throttle valve and the fuel injection amount, and sets the combustion mode to uniform combustion when a failure of the pressure sensor occurs And an internal combustion engine with a supercharger.
前記燃焼室に連通する吸気通路内の吸入空気の絶対圧および大気圧を検出する圧力センサと、
前記吸気通路内の過給圧を調整する過給圧ソレノイドと、
前記圧力センサの故障を判定する圧力センサ故障判定手段と、
前記過給圧ソレノイドの故障を判定する過給圧ソレノイド故障判定手段と、
前記燃焼室に燃料を直接噴射する筒内インジェクタと、
前記吸気通路内に燃料を噴射する筒外インジェクタと、
運転状況に応じて前記燃焼室内での燃焼形態を決定し、スロットルバルブの開度および燃料噴射量を調整するとともに、前記圧力センサと前記過給圧ソレノイドのいずれかの故障が発生したときには燃焼形態を均一燃焼に設定する燃焼決定手段とを有することを特徴とする過給機付き内燃機関。An internal combustion engine with a supercharger having a supercharger for supercharging air sucked into a combustion chamber,
A pressure sensor for detecting an absolute pressure and an atmospheric pressure of intake air in an intake passage communicating with the combustion chamber;
A supercharging pressure solenoid for adjusting the supercharging pressure in the intake passage;
Pressure sensor failure determination means for determining failure of the pressure sensor ;
Supercharging pressure solenoid failure determining means for determining failure of the supercharging pressure solenoid;
An in-cylinder injector that directly injects fuel into the combustion chamber;
An in-cylinder injector for injecting fuel into the intake passage;
The combustion mode in the combustion chamber is determined in accordance with the operating conditions, the throttle valve opening and the fuel injection amount are adjusted, and the combustion mode when any of the pressure sensor and the supercharging pressure solenoid fails An internal combustion engine with a supercharger comprising combustion determining means for setting the combustion to uniform combustion.
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